- •Глава 7. Организация активного эксперимента (Планирование эксперимента)
- •7.1 Общие положения
- •X1, x2, …, xk – входные переменные – контролируемые и управляемые факторы, воздействующие на объект (играют роль причин);
- •7.2 Планирование и критерии оптимальности планов эксперимента
- •7.3 Факторный эксперимент. Планы первого порядка
- •7.3.1 Планирование полного факторного эксперимента (пфэ)
- •План-матрица пфэ 22
- •План-матрица пфэ 23
- •Полная план-матрица пфэ 23
- •7.3.2 Планирование дробного факторного эксперимента (дфэ)
- •План-матрица эксперимента 23-1
- •План-матрица эксперимента 23-1
- •7.3.3 Проверка свойств планов-матриц пфэ 2k и дфэ 2k-p
- •7.3.4 Проведение и обработка результатов факторного эксперимента. Рандомизация опытов
- •Проверка однородности дисперсий и воспроизводимости измерений. Определение ошибки опытов
- •Оценка коэффициентов регрессии, проверка их значимости
- •Xiu построчные значения фактора в I-том столбце плана-матрицы;
- •Проверка адекватности регрессионной модели
- •7.3.5 Пример планирования и обработки результатов факторного эксперимента
- •Интервал варьирования и уровни факторов
- •План-матрица и результаты эксперимента
- •В первом случае значения факторов переводим в кодированную форму:
- •Выполним расчеты, используя натуральные значения факторов. Обозначим выход продукта в процентах от массы исходного сырья буквой q.
- •7.3.6 Принятие решений по результатам факторного экспериментирования
- •7.4 Планы второго порядка
- •7.4.1 Принципы композиционного планирования
- •7.4.2 Центральные композиционные ортогональные планы второго порядка (цкоп) Для получения ортогональных планов второго порядка необходимо преобразовать столбцы квадратичных переменных и столбец x0:
- •Показатели цкоп
- •Формулы для расчетов коэффициентов регрессии и их дисперсий после реализации цкоп:
- •Значения для цкоп
- •План-матрица пфэ и его результаты
- •План-матрица и результаты пфэ 23
- •Данные для определения условий опытов в звездных точках
- •План-матрица цкоп и результаты опытов (вторая серия опытов)
- •Вспомогательная таблица для проверки адекватности уравнения регрессии
- •7.4.3 Центральные композиционные ротатабельные планы второго порядка (цкрп)
- •Показатели цкрп
- •Данные для расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий при цкрп.
- •Уровни варьирования факторов.
- •План-матрица и результаты первой серии опытов (пфэ 23).
- •План-матрица цкрп результаты его реализации
- •7.5 Симметричные некомпозиционные квази-д-оптимальные планы Песочинского
- •Данные для расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий.
- •Матрица симметричного квази-д-оптимального
- •7.6 Принятие решений по планам второго порядка
- •1. Нелинейная модель объекта исследования неадекватна
- •7.7 Вопросы для самоконтроля
Уровни варьирования факторов.
Уровни факторов и интервалы варьирования
|
Температура закалки, С |
Температура старения, С |
Время старе-ния, ч |
Основной уровень () |
1100 |
750 |
4 |
Интервал варьирования (xi) |
50 |
50 |
2 |
Верхний уровень |
1150 |
800 |
6 |
Нижний уровень |
1050 |
700 |
2 |
Плечо звездной точки +di |
1184 |
834 |
7,4 |
Плечо звездной точки di |
1016 |
666 |
0,6 |
На первом этапе экспериментирования был реализован полный факторный эксперимент с числом опытов N = 23 (опыты 1÷8) и опыты 9÷14 в центре плана (план-матрица приведена в таблице 7.19). Число параллельных опытов в центре плана выбрали с учетом возможного в дальнейшем перехода к планированию эксперимента второго порядка.
Таблица 7.18
План-матрица и результаты первой серии опытов (пфэ 23).
№ опыта
|
X0 |
X1 |
X2 |
X3 |
X1X2 |
X1X3 |
X2X3 |
X1X2X3 |
Y |
1 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
30,2 |
2 |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
– |
20,2 |
3 |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
– |
7,0 |
4 |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
14,1 |
5 |
+ |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
– |
43,0 |
6 |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
+ |
5,8 |
7 |
+ |
+ |
– |
– |
– |
– |
+ |
+ |
27,9 |
8 |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
8,0 |
9 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
29,0 |
10 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,4 |
11 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,6 |
12 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,8 |
13 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,7 |
14 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
30,5 |
По результатам опытов 9÷14 вычислили дисперсию : , следовательно, Sy = S0 = 0,76. Число степеней свободы f1 = 5.
Выполнили расчеты и проверку значимости коэффициентов регрессии.
Дисперсия коэффициентов регрессии составила:
.
Соответственно, . tтабл. 0,05;5 = 2,57.
После проверки значимости коэффициентов получили следующее уравнение регрессии:
Проверили адекватность линейной части приведенного выше уравнения, а именно:
.
Установлено, что линейная модель неадекватна.
Для синтеза регрессионной модели более высокого, т.е. второго порядка был построен центральный композиционный ротатабельный униформплан эксперимента. Матрица ЦКРП с числом опытов N = 23 + 2 3 + 6 = 20 представлена в таблице 7.19.
Пользуясь значениями констант сi, приведенными в таблице 7.16, рассчитали коэффициенты регрессии и их дисперсии:
№ опыта |
|||||||||||
1 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
30,2 |
2 |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
20,2 |
3 |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
+ |
7,0 |
4 |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
14,1 |
5 |
+ |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
43,0 |
6 |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
+ |
5,8 |
7 |
+ |
+ |
– |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
27,9 |
8 |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
8,0 |
9 |
+ |
+1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
0 |
0 |
36,0 |
10 |
+ |
–1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
0 |
0 |
12,1 |
11 |
+ |
0 |
+1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
0 |
25,3 |
12 |
+ |
0 |
–1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
0 |
10,4 |
13 |
+ |
0 |
0 |
+1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
18,0 |
14 |
+ |
0 |
0 |
–1,682 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
+2,83 |
20,0 |
15 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
29,0 |
16 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,4 |
17 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,6 |
18 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,8 |
19 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
28,7 |
20 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
30,5 |
Таблица 7.19